一種用於微熱光電系統的微燃燒室的製作方法

2023-05-31 04:59:46 1

本發明涉及微尺度熱光電能量轉換技術領域，特別是涉及一種用於微熱光電系統的微燃燒室。

背景技術：

近年來,隨著微納米科學技術的發展,以極小形狀尺寸或操作尺寸為特徵的微機電系統(Micro Electro-Mechanical System,簡稱MEMS)已成為人們認識微觀領域和改造客觀世界的一項高新技術裝備,並且也被科技界公認為最具發展潛力的研究領域之一。傳統的電池由於具有能量密度低、供能不連續等缺點,因此是不能作為MEMS電源的,在這樣一個背景下，基於碳氫燃料燃燒的微型動力系統便應運而生了，其主要特點是能量密度遠高於傳統電池。

微熱光電系統是正在興起的新型微動力系統之一，它是一種將熱能轉化為電能的裝置,其工作原理就是不同形式的熱源被加到一個輻射表面上,從而使該表面達到高溫狀態,高溫下輻射表面能激發產生輻射能,其中大於電池禁帶寬度的光子撞擊電池陣列後產生電能。通常系統的熱源可以為太陽能、燃燒過程熱能以及核能等,其中又以燃燒形式最為常見,一般輻射表面的溫度能在一範圍內變化,這足以產生相當可觀的輻射能以保證這項能量轉換技術的競爭性和可行性。

總之，該系統就是利用光電池將高溫微燃燒室外壁面的輻射能直接轉換為電能，具有無任何運動部件、製造及裝配簡單、能量轉換率高、可使用多種燃料和安全可靠等優點。

為了提高微熱光電系統的整體效率，一方面需要燃料在微燃燒室內完全燃燒，放出更多的熱量，另一方面，鑑於光電池對輻射光譜的選擇性，要求燃燒室外壁面的溫度分布高且均勻。

現階段來說，國內外學者針對這一問題做了一部分工作，部分學者採用在燃燒室內填充多孔介質的辦法發現，採用多孔介質是相對可以提高燃燒室外壁面的溫度的，主要是多孔介質可以提供更均勻的溫度分布，這對提高微熱光電系統的效率來說及其有效的，國內外學者針對燃燒室的結構也做了一部分研究，研究結果表明改變燃燒室結構，可以使得火焰更穩定，更充分地在燃燒室內穩定的燃燒，但是國內外針對這兩部分內容的結合所做的研究比較少。

技術實現要素：

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種用於微熱光電系統的微燃燒室，通過添加凹坑和突擴結構這兩種方式對燃燒室內的流場進行了優化，且很大程度上的促進了燃燒的進行，添加結構之後，增強了可燃氣體在微燃燒室內的空間反應，使燃料燃燒的更加充分，釋放出更多的熱量，提高了能源的利用率。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種用於微熱光電系統的微燃燒室，包括燃燒室壁面和點火針；所述燃燒室壁面依次由穩燃區域、催化區域和多孔介質區域組成；所述催化區域內設有點火針；所述穩燃區域內設有平穩區和凹坑區，所述平穩區的截面積設為SH1，所述凹坑區的截面積設為SH2，所述平穩區通過圓角過渡至所述凹坑區，且SH1<SH2；所述催化區域內為變截面區域，所述變截面區域小端面的截面積設為SH3，所述變截面區域大端面的截面積設為SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述凹坑區通過傾斜角過渡至所述變截面區域小端面；所述催化區域內浸漬有催化劑；所述多孔介質區域內設有多孔介質；

進一步，所述燃燒室壁面的厚度為0.5mm-1mm。

進一步，所述傾斜角大小為30°-60°。

進一步，所述催化劑為金屬鉑。

進一步，所述多孔介質材料為碳化矽或氧化鋁。

進一步，所述多孔介質材料的孔隙率採取0.6-0.95。

進一步，所述平穩區的截面積和凹坑區的截面積滿足：2SH1＝SH2。

本發明的有益效果在於：

1.本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室，通過添加凹坑和突擴結構這兩種方式對燃燒室內的流場進行了優化，且很大程度上的促進了燃燒的進行，添加結構之後，增強了可燃氣體在微燃燒室內的空間反應，使燃料燃燒的更加充分，釋放出更多的熱量，提高了能源的利用率。

2.本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室，利用催化燃燒技術，在燃燒室內經過空間反應的可燃氣體帶有較高的熱量，這將會促使未反應的可燃氣體在催化劑上發生表面反應，釋放出熱量，提高壁面溫度。

3.本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室，利用多孔介質燃燒技術，在燃燒室的尾部設計多孔介質，具有較高比熱容的多孔介質可以增加氣體與固體之間的熱交換速率，可以將高溫氣體的熱量更多的傳遞到壁面，提高壁面溫度並使得壁面的溫度更加均勻。

4.本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室，將微燃燒室的結構設計與多孔介質技術以及催化燃燒技術相結合，提高了燃燒效率以及壁面溫度。

附圖說明

圖1為本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室結構示意圖。

圖2為本發明所述的用於微熱光電系統的微燃燒室E-E剖視圖。

圖中：

1-燃燒室壁面；2-催化壁面；3-點火針；4-多孔介質；A-穩燃區域；B-催化區域；C-多孔介質區域。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於此。

一種用於微熱光電系統的微燃燒室，包括燃燒室壁面1和點火針3；所述燃燒室壁面1依次由穩燃區域A、催化區域B和多孔介質區域C組成；所述燃燒室壁面的厚度為0.5mm-1mm；所述催化區域B內設有點火針3；所述穩燃區域A內設有平穩區和凹坑區，所述平穩區的截面積設為SH1，所述凹坑區的截面積設為SH2，所述平穩區通過圓角過渡至所述凹坑區，且SH1<SH2；所述傾斜角大小為30°-60°；所述催化區域B內為變截面區域，所述變截面區域小端面的截面積設為SH3，所述變截面區域大端面的截面積設為SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述凹坑區通過傾斜角過渡至所述變截面區域小端面；所述催化區域B內浸漬有催化劑；所述催化劑為金屬鉑。所述多孔介質區域C內設有多孔介質4。所述多孔介質4材料為碳化矽或氧化鋁，所述多孔介質4材料的孔隙率採取0.6-0.95。

工作過程：混合的燃燒氣體進入燃燒室內，由點火器引燃混合物後，使得燃燒室內的氣相反應得以發生，氣相反應主要在穩燃區域A內的凹坑區發生，最優為所述平穩區的截面積和凹坑區的截面積滿足：2SH1＝SH2，所述凹坑區通過傾斜角由大截面H2過渡至小截面H3；傾斜角的作用使得混合氣體流速會提高。而且氣相反應的發生會放出大量的熱量，這部分熱量一部分用來加熱壁面，一部分使得通過截面H3的混合氣變成較高速度的高溫混合氣體，之後混合氣體進入催化區域，催化區域前段是由小截面H3變為大截面H4的變截面區域，該變截面區域降低了高溫混合氣體的流速，進入催化區域的高溫混合氣體引發催化區域B內的催化反應，催化反應的發生產生的熱量將繼續傳遞給高溫混合氣體和燃燒室壁面，通過催化區域的流速較低的高溫混合氣體進入多孔介質區域C，高溫氣體將熱量傳遞給多孔介質，多孔介質再將熱量傳遞給燃燒室壁面，從而得到具有高輻射能的高溫熱源。這些技術的應用能夠較好的實現本發明，使得燃燒更加充分，更加高效。

所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。